Proses Pembuatan Semen

Secara overall proses pembuatan semen ada 4 tahap

1. Raw material preparation
2. Burning/clinkerization
3. Cement/finish grinding
4. Packing & dispatch

Berikut adalah uraian tiap tahapan di atas
1.    Raw Material PreparationTahapan ini sendiri terdiri atas beberapa step yang meliputi mining (penambangan), crushing, preblending, raw material grinding, dan raw meal blending

A.   MiningMining adalah tahap paling pertama dalam proses penyiapan bahan baku, ada 2 bahan baku utama yang biasanya ditambang sendiri yaitu limestone (batu kapur) dan clay (tanah liat), bahan baku corective dan additive biasanya dibeli dari supplier seperti pasir silika dan pasir besi. Dalam tahap penambangan digunakan beberapa heavy equipments seperti loader, excavator, dump truck, dan ripper. Pada umumnya penambangan batu kapur menggunakan sistem blasting (pengeboman) karena sifat materialnya yang keras, proses blasting biasanya dilakukan di siang hari saat istirahat. Untuk beberapa kasus ditemukan tambang batu kapur yang sifatnya lunak sehingga tidak perlu menggunakan blasting tapi cukup menggunakan alat ripper untuk mengeruk batu kapur (prosesnya disebut ripping), contoh kasus ini di Indonesia ada di Kupang (PT SAG KSO PT Semen Kupang)  sehingga prosesnya lebih hemat karena tidak memerlukan bahan peledak seperti ammonium nitrat.

Untuk penambangan clay juga digunakan proses ripping karena clay jauh lebih lunak dari batu kapur. Material dipungut dengan menggunakan excavator kemudian diangkut dengan dump truck menuju stock pile (storage) atau langsung menuju tempat crusher. Jika lokasi tambang jauh dari pabrik maka digunakan belt conveyor sebagai alat transportnya tentunya setelah material dicrusher.

B.   CrushingCrushing adalah proses penghancuran material paling awal dengan menggunakan alat crusher. Ada beberapa jenis crusher yang umum digunakan yaitu, hammer crusher, roller crusher, gyratory crusher, dan jaw crusher.
Cara kerja crusher secara umum adalah material diumpankan melalui feeder (biasanya apron feeder) material akan masuk crusher dan akan mengalami penyempitan ruang di dinding ruang crusher akibat putaran/gerakan alat pemecah sehingga akan tertekan dan pecah, sementara material yang ukurannya sudah cukup kecil sesuai design crusher jatuh melalui lubang saringan yang ada di bawah feeder sehingga langsung dicampur dengan produk crusher dan dikirim dengan belt conveyor menuju proses selanjutnya. Jenis crusher yang digunakan tergantung dari jenis material yang akan dihancurkan, contohnya untuk lime stone karena sifatnya keras maka digunakan hammer crusher karena menggunakan tenaga impact dari hammer untuk menekan lalu menghancurkan batuan. Proses crushing memungkinkan material mengalami size reduction dari 1-1,5 m menjadi kurang lebih 7,5 cm. Untuk mengurangi polusi debu digunakan sistem water spray pada tempat unloading material dari dump truck ke feeder crusher dan dilengkapi bag filter untuk menangkap dust (debu) yang timbul selama proses crushing.

C.   PreblendingMaterial yang telah dicrusher dikirim ke storage menggunakan belt conveyor. Karena komposisi kimia limestone dan clay sangat variatif maka digunakan proses preblending yang terdiri dari tahap stacking dan reclaiming. Proses preblending bertujuan untuk menghomogenkan material untuk mendapatkan kualitas material yang sesuai dengan permintaan bagian Quality Control. Misal limestone high grade (kadar CaO 54-56%) dicampur dengan low grade (CaO<50%). Proses mixing ini sebenarnya telah dilakukan sejak tahap mining, namun untuk meningkatkan homogenitas material maka dilanjutkan tahap preblending.
Stacking
Stacking adalah metode penyimpanan material yang memiliki beberapa bentuk sesuai tujuannya. Jenis-jenis metode stacking dan reclaiming dapat dilihat di video berikut:

ReclaimingReclaiming adalah metode pengerukan material untuk dikirim ke raw material bin. Ada tiga macam jenis reclaimer, side, front, dan circular reclaimer. Bentuk reclaiming tergantung dari bentuk stacking. Untuk stacking bentuk cone umumnya memakai side reclaiming sedangkan bentuk chevron, strata, windrow memakai front reclaiming.

(pada beberapa pabrik, limestone dan clay dicampur jadi satu apabila sifat clay yang terlalu sticky/lengket)

D.   Raw Material Grinding

Ini merupakan tahap penggilingan pertama menggunakan alat yang bernama raw mill. Bahan baku umumnya mengandung kadar oksida utama seperti CaO, SiO2, Al2O3, dan Fe2O3. Di tahap raw material di tentukan nilai paramaternya seperti LSF (rasio CaO terhadap ketiga oksida lainnya), SM (rasio SiO2 terhadap Al2O3 dan Fe2O3), dan AM (rasio Al2O3 dan Fe2O3). Material utama seperti batu kapur dan clay akan dicampur dengan corrective material seperti pasir besi dan pasir silika. Keempat bahan dari masing-masing bin akan ditakar secara otomatis menggunakan load cell lalu diumpankan ke raw mill melalui belt conveyor. Proses yang terjadi di raw mill ada 4 macam yaitu grinding, drying, classifying, dan transporting.

• Grinding

Material akan digiling dari ukuran masuk sekitar 7,5 cm menjadi max 90μm. Penggilingan menggunakan gaya centrifugal di mana material yang diumpankan dari atas akan terlempar ke samping karena putaran table dan akan tergerus oleh roller yang berputar karena putaran table itu sendiri.

• Drying

Material akan mengalami pengeringan dengan target kadar moisture max 1%. Proses ini memanfaatkan panas gas sisa dari preheater-kiln. Material yang telah digiling akan kontak langsung dengan hot gas yang masuk melalui nozzle louvre ring. Material keluar raw mill bersuhu sekitar 80oC, gas masuk bersuhu 300-350oC dan keluar bersuhu 90-100oC.

• Classifying

Atau bisa disebut separating, maksdunya adalah material yang telah digiling oleh roller akan terangkat oleh gas panas melewati separator yang ada di bagian atas table, material yang telah cukup lembut sesuai target akan lolos melewati separator sedangkan material msaih kasar akan jatuh kembali ke table untuk digiling.

• Transporting

Seperti yang disebutkan di proses classifying, gas panas selain sebagai pengering material juga sebagai alat transportasi ke proses selanjutnya. Produk raw mill yang disebut raw meal akan dibawa gas melewati beberapa cyclone sebagai alat separator terakhir.

E.      Raw Meal Blending

Raw meal masuk ke silo untuk menjalani proses selanjutnya yaitu blending (pencampuran)  sehingga alatnya dikenal dengan blending silo. Produk blending ini akan menjadi kiln feed. Kiln feed sendiri tidak hanya bersumber dari raw meal (produk raw mill) tetapi juga dari return dust yang tertangkap di EP raw mill dan dust yang terpisah di GCT. Karena nilai LSF dari return dust dan produk GCT ini sangat tinggi biasanya ditambahkan alat dust bin sebelum kiln feed. Di sini nilai LSF, SM, dan AM dari kiln feed sangat ditentukan kemampuan proses blending di dalam silo. Nilai LSF raw meal yang masih sering fluktuatif ditambah dengan produk return dust akan mempengaruhi stabilitas proses pembakaran di kiln. Blending silo menggunakan udara sebagai “pengaduk” raw meal di silo sehingga akan diperoleh material yang homogen karena terbentuk lapisan-lapisan raw meal akibat hembusan dari udara dari blower. Kiln feed akan keluar dari bottom silo dan melalui flow meter dan dikirim ke menara preheater menggunakan air lift atau bucket elevator.

 2.    Burning/clinkerization

Ini merupakan satu-satunya tahap di pabrik semen yang terdapat proses kimianya di samping proses fisis. Di tahap ini raw meal akan mengalami proses kalsinasi di kalsiner dan clinkerisasi di kiln. Tahap kedua ini melalui serangkaian kiln system yang terdiri atas preheater, kalsiner, kiln, dan grate cooler.

• Preheater

Setelah kiln ditransport dari blending silo atau ada yang dari kiln feed bin, raw meal akan melewati pemanasan awal di menara suspension preheater yang terdiri atas 4-6 stage+kalsiner menggunakan hot gas keluaran kiln. Preheater merupakan cyclone dan dalam tahap ini ada 2 proses penting yaitu heat transfer dan separation. Heat transfer antara gas panas dan raw meal 80% terjadi di ducting antar-cyclone sedangkan separation 80% terjadi di cyclone. Proses yang terjadi di preheater meliputi evaporasi air permukaan dan air hidrat, dekomposisi clay, dan sedikit kalsinasi.

• Kalsiner

Di dalam kalsiner terjadi proses kalsinasi yaitu peruraian CaCO3 menjadi CaO dan CO2 dan sedikit MgCO3 menjadi MgO dan CO2. Karena reaksi kalsinasi bersifat endotermis maka diperlukan panas yang cukup tinggi, sehingga dilengkapi dengan burner untuk pembakaran coal memanfaatkan udara tersier dari cooler dan gas panas kiln. Kalsinasi terjadi pada suhu di atas 800oC pada tekanan 1 atm, namun karena alat-alat di pabrik semen beroperasi di bawah 1 atm jadi pada suh yang lebih rendah sudah mulai terjadi kalsinasi dan CaO terbentuk langsung bereaksi dengan senyawa hasil dekomposisi clay sehingga reaksi dapat berlangsung sempurna meskipun tergolong reversible. Kalsinasi di kalsiner paling maksimal mencapai 90% selanjutnya sisanya terjadi di dalam kiln sendiri. Pelepasan CO2 akibat reaksi ini menjadi isu lingkungan yang krusial di industri semen, volum gas CO2 hasil kalsinasi jauh lebih besar dari pada CO2 hasil pembakaran fuel (batubara)

• Rotary Kiln

Inilah jantung pabrik semen di mana proses pembentukan clinker berlangsung. Material masuk kiln dari preheater stage terakhir pada suhu yang dijaga sekitar 850 oC karena pada suhu yang lebih tinggi material mulai sticky (lengket) sehingga bisa menyebabkan blocking pada inlet kiln. Suhu klinkerisasi bisa mencapai 1450oC dan terbentuk fase liquid yang akan meningkatkan laju reaksi oksida-oksida silika dan kapur yang dipromotori oksida besi dan alumina. Di dalam kiln terbentuk sistem isolasi tambahan berupa coating yang terbentuk melapisi fire brick (batu tahan api). Suhu luar shell kiln dijaga dibawah 300 oC karena mulai suhu 400 oC shell kiln mengalami deformasi. Api dari main burner kiln dijaga tidak menyentuh material dan fire brick. Kualitas clinker yang dihasilkan sangat tergantung dari kualitas raw meal, kualitas bahan bakar, posisi burner,dan proses pembakaran. Pembakaran di main burner menggunakan (80-90%) udara sekunder yang diperoleh dari grate cooler dan (10-20%) udara primer yang diperolehdari udara luar. Bahan bakar yang digunakan adalah batubara, tapi pada saat awal firing/heating up digunakan solar/IDO (Industrial Diesel Oil). Batubara dipilih sebagai bahan bakar utama karena harganya paling murah dibanding bahan bakar IDO mauapun Gas.

• Grate cooler

Di dalam grate cooler clinker yang keluar dari kiln akan mengalami quenching (pendinginan cepat) dengan udara yang dihembuskan melalui sejumlah fan grate cooler. Proses pendinginan clinker bisa mencapai dari suhu 1300 oC sampai 120-200oC. Udara pendingin akan meningkat suhunya sampai 900-950oC dan dimanfaatkan sebagai udara pembakaran di kiln (secondary air) dan kalsiner (tertiary air). Di bagian ujung discharge cooler dilengkapi crusher untuk memecah clinker sebelum ditransport ke silo menggunakan pan conveyor.

3.    Cement/Finish Grinding

Pada tahap ini clinker akan digiling bersama bahan additive lain untuk menjadi semen. Bahan additive itu adalah gipsum (CaSO4.2H2O) yang berfungsi menjaga agar waktu pengerasan semen saat dicampur air tidak terlalu cepat. Bahan lain yang ditambahkan seperti limestone, fly ash, trass, dan pozzolan (hasil sisa material vulkanik). Penambahan bahan-bahan ini tergantung jenis semen yang akan dibuat dan bertujuan mengurangi pemakaian clinker karena produksi clinker memerlukan biaya yang tinggi dan menghasilkan gas CO2 hasil kalsinasi. Kompensasi pengurangan clinker adalah dengan meningkatkan kehalusan (blaine) semen untuk mendapatkan kekuatan yang sama. Penggilingan clinker bersama bahan lain umumnya masih menggunakan ball mill sehingga akan menimbulkan panas selama proses penggilingan karena adanya tumbukan antara steel ball dan material.

Temperatur mill dijaga maksimal 120oC untuk mencegah kerusakan gipsum (akibat peruraian air kristalnya). Waktu tinggal material di dalam mill berkisar 10-25 menit. Ball mill terdiri dari 2 chamber di mana chamber 1 menggunakan stell ball berukuran 90-50 mm dan chamber 2 menggunakan stell ball berukuran 50-12 mm. Setelah melalui serangkaian alat separator semen yang telah halus sebagai produk dikirim ke semen silo.

4.    Packing dan Dispatch

Semen dijual dalam bentuk curah (bulk) maupun dalam bag. Mesin yang digunakan adalah rotary packer yang terdiri dari beberapa spout yang mengisi kantong-kantong dengan semen melalui hembusan udara. Untuk penjualan dalam bentuk curah digunakan bulk truck, kapal atau kereta.  Jenis-jenis dispatch semen seperti gambar di bawah.

Untuk pembahasan lebih detail tiap proses insya Allah akan saya bahas pada postingan-postingan yang akan datang.